从物理学角度浅析墙体厚度设计的规范性

李佳怿

量的改变对建筑学中墙体、窗体性质的影响，以期为世界各地建筑制定普适性的衡量法则，将建筑特点与物理量的关系构建映射关系。

关键词：墙体厚度；温度地区；

文章编号：1674-3520（2015）-02-00-01

建筑设计的最根本要求应满足人的最低级层次的需求亦即生理需求，也就是说建筑首要应保证人的舒适度，也正因如此，由全球气候的多样性形成了建筑风格的多样性，例如中东干旱半干旱荒漠地区的沙漠气候与地中海气候共存的特点使得中东地区建筑普遍封闭紧凑而厚重，而东南亚地区的热带雨林气候则使得建筑疏松开敞而轻盈。在我国，陕秦地区处于温带季风气候向温带大陆性气候的过渡带，昼夜温差较大的特点诞生了冬暖夏凉的陕西窑洞，而处在温带大陆性气候的内蒙古则形成了蒙古包这一独特的建筑形式。

气候本身往往定量反映于温度与湿度两个物理量中，建筑特征则反应于墙体厚度，窗体大小等可直观测量量上，根据生活常识以及生活经验我们也能想到，温度高故而墙体薄，温度低故而墙体厚，由此很自然我们可以提出猜想：建筑特征物理量同气候特征物理量存在某种函数关系。

一、温度与墙体厚度的关系

表格中采用了平均最低温度与平均最高温度两个统计量，统计时间区间为一个自然月，而没有使用年平均气温这个统计量，这是因为后者只适合进行横向比较，其绝对量并无太大意义，从表格数据中我們可以发现，决定墙体厚度的因素中平均最低气温占主导，以平均最低温度为横轴，墙体厚度为纵轴作图并进行线性拟合，得到如下图1：

设h为墙体厚度，T为平均最低温度，由拟合结果有：

其中我们称为厚温关系系数，纵轴截距344.6503称为0摄氏度参考厚度，由此我们大致得到了温度与墙体厚度的关系。

事实上，上述的公式只对欧洲地区青砖墙体适用，对于不同建筑材料还应另行考虑，不过我们可以建立导热系数厚度概念，以青砖为标准墙体对公式进行进一步修正。

根据傅里叶导热定律：，对于墙体厚度问题显然有=为恒值，这样我们可以得到一个广义的厚度概念，其中k1=0.265W/（m·K）为青砖导热系数，k2为另一种墙体的导热系数，hk1称为导热系数厚度。这样我们通过导热系数这个物理量建立起了材料本身、墙体厚度与温度三者的关系，亦即：

为了验证公式的准确性，我们以中东代表城市伊拉克首都Baghdad为例，其平均低温为3.8℃，石灰砂浆导热系数k2=0.81，算得墙体厚度419.48mm，据报道，Baghdad墙体厚度在340-450mm之间，理论计算结果与之相符，这表明该公式还是有很大应用价值。

有了导热系数，我们便可以从更多的角度来分析建筑特点的多样性，例如气候的另一主要因素：湿度，然而对于湿度的分析并不像温度这样简单，原因在于不同材料导热系数同湿度的变化关系是不一样的，具体可参阅《建筑热环境》一书第四章，同样也能看出世界各地建筑风情多样性的美感与其合理性的并存，这里不做赘述。

这里需要说明的一点是，该等式的两个系数与344.6503将随着取样地点的增多而更为精确，这里只选取了五个地方利用五点进行拟合，已经能够满足工程的需要，如果有更为精密的要求，不妨多选几地，让该数值更为精确，也可深入从概率论的拟合优度角度分析该式正确性。